Partiets oppslutning vokste frem mot valget i 2018 og på valgdagen 4. mars ble Femstjernersbevegelsen Italias største parti. Ingen blokker fikk flertall i valget. Dette ført til tre måneders regjeringsforhandlinger, som endte med et samarbeid med ytre høyre-partiet Lega Nord. Giuseppe Conte ble valgt som leder av den nye koalisjonsregjeringen. Conte er ikke selv partimedlem, men ble nominert av Di Maio som partiets statsministerkandidat. President Sergio Mattarella nektet å godta utnevnelsen av finansminister Paolo Savona da han mente han var alt for euroskeptisk, og ville utløse diplomatisk og økonomisk krise. Etter nye forhandlinger ble Savona i stedet foreslått som minister for europeiske anliggender, mens en annen uavhengig representant, Giovanni Tria, fikk finansministerposten. President Mattarella godtok dette forslaget til regjering, og Giuseppe Conte tiltrådte deretter som statsminister 1. juni 2018. Di Maio ble visestatsminister i regjeringen, en posisjon han deler sammen med lederen av Lega, Matteo Salvini. Femstjernersbevegelsen fikk også andre tunge ministerposter, som forsvarsdepartementet og justisdepartementet.